特許 5916829 コンロッド、内燃機関、自動車両およびコンロッドの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5916829

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】コンロッド、内燃機関、自動車両およびコンロッドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 7/02 20060101AFI20160422BHJP

   C22C 14/00 20060101ALI20160422BHJP

   C22F 1/18 20060101ALI20160422BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20160422BHJP

【ＦＩ】

   F16C7/02

   C22C14/00 Z

   C22F1/18 H

   !C22F1/00 613

   !C22F1/00 630G

   !C22F1/00 630K

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 683

   !C22F1/00 651B

   !C22F1/00 631A

【請求項の数】16

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-219580(P2014-219580)

(22)【出願日】2014年10月28日

【審査請求日】2015年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100139930

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 亮司

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】三浦 徹

(72)【発明者】

【氏名】小島 勇輝

(72)【発明者】

【氏名】土居 航介

(72)【発明者】

【氏名】久保田 剛

(72)【発明者】

【氏名】三宅 央学

(72)【発明者】

【氏名】有野 護

【審査官】 北中 忠

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５２９０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１９６０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１５４９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０６８２４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−３７２０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０５５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５０５７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ ３／００−９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チタン合金から形成され、
ロッド本体部と、
前記ロッド本体部の一端に設けられた小端部と、
前記ロッド本体部の他端に設けられた大端部と、を備えたコンロッドであって、
少なくとも前記小端部の内周面に形成された窒化クロム層をさらに備え、
前記小端部の内周面に形成された前記窒化クロム層は、前記コンロッドの長手方向において相対的に厚く、前記コンロッドの幅方向において相対的に薄い厚さ分布を有するコンロッド。

【請求項2】

前記窒化クロム層は、前記大端部の内周面にも形成されている請求項１に記載のコンロッド。

【請求項3】

前記窒化クロム層は、前記大端部のスラスト面にも形成されている請求項１または２に記載のコンロッド。

【請求項4】

前記チタン合金は、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金である請求項１から３のいずれかに記載のコンロッド。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載のコンロッドを備えた内燃機関。

【請求項6】

前記コンロッドの前記小端部のピストンピン孔に挿入されたピストンピンであって、表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有するピストンピンをさらに備える請求項５に記載の内燃機関。

【請求項7】

請求項５または６に記載の内燃機関を備えた自動車両。

【請求項8】

ロッド本体部、前記ロッド本体部の一端に設けられた小端部および前記ロッド本体部の他端に設けられた大端部を備えたコンロッドをチタン合金から形成する工程（ａ）と、
少なくとも前記小端部の内周面に窒化クロム層を形成する工程（ｂ）と、
を包含し、
前記工程（ｂ）において、前記窒化クロム層は、前記コンロッドの長手方向において相対的に厚く、前記コンロッドの幅方向において相対的に薄い厚さ分布を有するように、前記小端部の内周面に形成されるコンロッドの製造方法。

【請求項9】

前記工程（ｂ）において、前記窒化クロム層は、前記大端部の内周面にも形成される請求項８に記載のコンロッドの製造方法。

【請求項10】

前記工程（ａ）は、前記大端部の内周面に対して切削加工を行うことによって、前記大端部の内周面の十点平均粗さＲｚを６．３μｍ以下にする工程（ｃ）を含む請求項９に記載のコンロッドの製造方法。

【請求項11】

前記工程（ｂ）において、前記窒化クロム層は、前記大端部のスラスト面にも形成される請求項８から１０のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。

【請求項12】

前記工程（ａ）は、チタン合金を鍛造により成形する工程（ｄ）を含む請求項８から１１のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。

【請求項13】

前記工程（ａ）は、前記工程（ｄ）後に焼鈍処理を行う工程（ｅ）を含む請求項１２に記載のコンロッドの製造方法。

【請求項14】

前記工程（ａ）は、前記工程（ｄ）後に、チタン合金の表面に生成したαケースをショットピーニングにより除去する工程（ｆ）を含む請求項１２または１３に記載のコンロッドの製造方法。

【請求項15】

前記工程（ｂ）は、前記コンロッドの表面の一部が鍛造肌のままの状態で実行される請求項１２から１４のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。

【請求項16】

前記コンロッドの前記大端部は、前記ロッド本体部の前記他端に連続するロッド部と、前記ロッド部に結合されるキャップ部とに分割されており、
前記工程（ｂ）は、前記キャップ部がボルトによって前記ロッド部に結合された状態で実行される請求項８から１５のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンロッドに関し、特に、チタン合金製のコンロッドおよびその製造方法に関する。また、本発明は、そのようなコンロッドを備えた内燃機関や自動車両にも関する。

【背景技術】

【0002】

従来、コンロッド（コネクティングロッド）の材料としては鋼が広く用いられてきたが、近年、コンロッドの軽量化のためにチタン合金を用いることが提案されている。チタン合金製のコンロッドは、例えば特許文献１に開示されている。

【0003】

コンロッドの小端部に形成されている貫通孔（ピストンピン孔）には、ピストンピンが挿入される。小端部の内周面とピストンピンとの間には、焼き付き防止のためにブッシュが配置される。

【0004】

ブッシュとしては、金属板を巻くことによって形成された巻きブッシュがよく用いられている。巻きブッシュの具体的な構成としては、鋼から形成された円筒状の裏金材の内周面に、銅合金の粉末が焼結された構成が知られている。また、チタン合金製コンロッドには、銅合金から削り出しによって形成されたソリッドブッシュが用いられることも多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−３０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述したようなブッシュを用いることは、当然ながら、製造コストの増加の原因となる。特に、ソリッドブッシュは高価である。

【0007】

また、チタン合金製コンロッドの小端部の耐焼き付き性を、ブッシュを用いずに向上させる手法として、酸化処理によって小端部の内周面にチタン酸化物層を形成することが考えられる。ところが、酸化処理は、コンロッドを高温（例えば７００〜７２０℃）に加熱することにより行われるので、歪みが発生してしまう。歪みは、焼き付きや摩耗の原因となる。

【0008】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、チタン合金製のコンロッドにおける小端部の耐焼き付き性を好適に向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の実施形態によるコンロッドは、チタン合金から形成され、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端に設けられた小端部と、前記ロッド本体部の他端に設けられた大端部と、を備えたコンロッドであって、少なくとも前記小端部の内周面に形成された窒化クロム層をさらに備える。

【0010】

ある実施形態では、前記窒化クロム層は、前記大端部の内周面にも形成されている。

【0011】

ある実施形態では、前記窒化クロム層は、前記大端部のスラスト面にも形成されている。

【0012】

ある実施形態では、前記小端部の内周面に形成された前記窒化クロム層は、前記コンロッドの長手方向において相対的に厚く、前記コンロッドの幅方向において相対的に薄い厚さ分布を有する。

【0013】

ある実施形態では、前記チタン合金は、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金である。

【0014】

本発明の実施形態による内燃機関は、上述した構成を有するコンロッドを備える。

【0015】

ある実施形態では、上述した構成を有する内燃機関は、前記コンロッドの前記小端部のピストンピン孔に挿入されたピストンピンであって、表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有するピストンピンをさらに備える。

【0016】

本発明の実施形態による自動車両は、上述した構成を有する内燃機関を備える。

【0017】

本発明の実施形態によるコンロッドの製造方法は、ロッド本体部、前記ロッド本体部の一端に設けられた小端部および前記ロッド本体部の他端に設けられた大端部を備えたコンロッドをチタン合金から形成する工程（ａ）と、少なくとも前記小端部の内周面に窒化クロム層を形成する工程（ｂ）と、を包含する。

【0018】

ある実施形態では、前記工程（ｂ）において、前記窒化クロム層は、前記大端部の内周面にも形成される。

【0019】

ある実施形態では、前記工程（ａ）は、前記大端部の内周面に対して切削加工を行うことによって、前記大端部の内周面の十点平均粗さＲｚを６．３μｍ以下にする工程（ｃ）を含む。

【0020】

ある実施形態では、前記工程（ｂ）において、前記窒化クロム層は、前記大端部のスラスト面にも形成される。

【0021】

ある実施形態では、前記工程（ｂ）において、前記窒化クロム層は、前記コンロッドの長手方向において相対的に厚く、前記コンロッドの幅方向において相対的に薄い厚さ分布を有するように、前記小端部の内周面に形成される。

【0022】

ある実施形態では、前記工程（ａ）は、チタン合金を鍛造により成形する工程（ｄ）を含む。

【0023】

ある実施形態では、前記工程（ａ）は、前記工程（ｄ）後に焼鈍処理を行う工程（ｅ）を含む。

【0024】

ある実施形態では、前記工程（ａ）は、前記工程（ｄ）後に、チタン合金の表面に生成したαケースをショットピーニングにより除去する工程（ｆ）を含む。

【0025】

ある実施形態では、前記工程（ｂ）は、前記コンロッドの表面の一部が鍛造肌のままの状態で実行される。

【0026】

ある実施形態では、前記コンロッドの前記大端部は、前記ロッド本体部の前記他端に連続するロッド部と、前記ロッド部に結合されるキャップ部とに分割されており、前記工程（ｂ）は、前記キャップ部がボルトによって前記ロッド部に結合された状態で実行される。

【0027】

本発明の実施形態によるコンロッドでは、少なくとも小端部の内周面に窒化クロム層が形成されているので、小端部の耐焼き付き性を向上させることができる。そのため、小端部の内周面とピストンピンとの間に配置されるブッシュを省略することができるので、製造コストの低減を図ることができる。また、酸化処理のような高温での加熱も必要ないので、歪みに起因する焼き付きや摩耗を防止できる。

【0028】

窒化クロム層が大端部の内周面にも形成されていると、大端部の内周面の耐フレッティング性を向上させることができる。

【0029】

窒化クロム層が大端部のスラスト面にも形成されていると、スラスト面の耐焼き付き性を向上させることができる。

【0030】

小端部の内周面に形成された窒化クロム層が、コンロッドの長手方向において相対的に厚く、コンロッドの幅方向において相対的に薄い厚さ分布を有していると、小端部の内周面とピストンピンとの間に潤滑油を入れ易くなるので、焼き付き（かじり）をより確実に防止することができる。

【0031】

コンロッドの材料であるチタン合金は、例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金を好適に用いることができる。Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金は比較的安価であるので、コンロッドの材料としてＴｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金を用いることにより、製造コストの低減を図ることができる。また、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金は、加工性と強度とのバランスに優れる。

【0032】

本発明の実施形態によるコンロッドは、小端部の耐焼き付き性を好適に向上させ得るので、自動車両用や機械用の各種の内燃機関（エンジン）に好適に用いられる。

【0033】

内燃機関のピストンピンが、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有していると、低フリクション化が可能となり、内燃機関の性能向上および燃費向上を図ることができる。

【0034】

本発明の実施形態によるコンロッドの製造方法は、ロッド本体部、小端部および大端部を備えたコンロッドをチタン合金から形成する工程（ａ）と、少なくとも小端部の内周面に窒化クロム層を形成する工程（ｂ）とを包含するので、小端部の耐焼き付き性を向上させることができる。そのため、小端部の内周面とピストンピンとの間に配置されるブッシュを省略することができるので、製造コストの低減を図ることができる。また、酸化処理のような高温での加熱も必要ないので、歪みに起因する焼き付きや摩耗を防止できる。

【0035】

工程（ｂ）において、窒化クロム層が大端部の内周面にも形成されると、大端部の内周面の耐フレッティング性を向上させることができる。

【0036】

工程（ａ）は、大端部の内周面に対して切削加工を行うことによって大端部の内周面の十点平均粗さＲｚを６．３μｍ以下にする工程（ｃ）を含んでいてもよい。大端部の内周面の十点平均粗さＲｚが上記範囲内にある状態で窒化クロム層を形成することにより、摩擦係数を適切な範囲とすることができるので、軸受けメタルの供回りを防止することができる。また、表面硬度を高くして耐フレッティング性をいっそう高くすることができる。

【0037】

工程（ｂ）において、窒化クロム層が大端部のスラスト面にも形成されると、スラスト面の耐焼き付き性を向上させることができる。

【0038】

工程（ｂ）において、窒化クロム層が、コンロッドの長手方向において相対的に厚く、コンロッドの幅方向において相対的に薄い厚さ分布を有するように小端部の内周面に形成されると、小端部の内周面とピストンピンとの間に潤滑油を入れ易くなるので、焼き付き（かじり）をより確実に防止することができる。

【0039】

工程（ａ）は、チタン合金を鍛造により成形する工程（ｄ）を含んでいてもよい。チタン合金を鍛造により成形することにより、機械的性質に優れたコンロッドが得られる。

【0040】

工程（ａ）は、工程（ｄ）後に焼鈍処理を行う工程（ｅ）を含んでいてもよい。焼鈍処理を行うことにより、工程（ｄ）において生じた残留応力（寸法精度に悪影響を及ぼす残留応力）を取り除くことができる。

【0041】

工程（ａ）は、工程（ｄ）後に、チタン合金の表面に生成したαケースをショットピーニングにより除去する工程（ｆ）を含んでいてもよい。αケースは、加工性や延性、疲労特性などに悪影響を及ぼす酸素濃化層であるので、工程（ｆ）によって除去することが好ましい。また、ショットピーニングにより、コンロッドに残留応力を付与してコンロッドの強度を向上させることができる。

【0042】

工程（ｂ）は、コンロッドの表面の一部が鍛造肌のままの状態で実行されてもよい。

【0043】

コンロッドの大端部が、ロッド部とキャップ部とに分割されている場合、工程（ｂ）は、キャップ部がボルトによってロッド部に結合された状態で実行されてもよい。このような状態で工程（ｂ）が実行されると、ボルトによって座面およびねじ面をマスキングすることができる。

【発明の効果】

【0044】

本発明の実施形態によると、チタン合金製のコンロッドにおける小端部の耐焼き付き性を好適に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態によるコンロッド１を示す図である。（ａ）は、コンロッド１全体を示す平面図であり、（ｂ）は、コンロッド１の大端部３０近傍を示す一部切欠き平面図である。

【図2】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、小端部２０の内周面２０ｉ近傍、大端部３０の内周面３０ｉ近傍およびスラスト面３０ｔ近傍をそれぞれ示す断面図である。

【図3】小端部２０を拡大して示す平面図である。

【図4】小端部２０を拡大して示す断面図である。

【図5】窒化クロム層５０の形成方法の例を示す図である。

【図6】図５に示す方法によって実際に窒化クロム層５０を形成したときの、窒化クロム層５０の長手方向厚さおよび幅方向厚さを示すグラフである。

【図7】本発明の実施形態によるコンロッド１を備えたエンジン１００を模式的に示す断面図である。

【図8】図７に示すエンジン１００を備えた自動二輪車を模式的に示す側面図である

【発明を実施するための形態】

【0046】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0047】

図１に、本発明の実施形態によるコンロッド１を示す。図１（ａ）は、コンロッド１全体を示す平面図であり、図１（ｂ）は、コンロッド１の大端部３０近傍を示す一部切欠き平面図である。

【0048】

コンロッド１は、チタン合金から形成されている。チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金を好適に用いることができる。Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金は、約５質量％のＡｌおよび約１質量％のＦｅを含むチタン合金である。Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金は比較的安価であるので、コンロッド１の材料としてＴｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金を用いることにより、製造コストの低減を図ることができる。また、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金は、加工性と強度とのバランスに優れる。勿論、コンロッド１の材料はＴｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金に限定されるものではなく、公知の種々の組成のチタン合金（例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金）を用いることができる。

【0049】

コンロッド１は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、棒状のロッド本体部１０と、ロッド本体部１０の一端に設けられた小端部２０と、ロッド本体部１０の他端に設けられた大端部３０とを備える。

【0050】

小端部２０には、ピストンピンを通すための貫通孔（「ピストンピン孔」と呼ばれる。）２５が形成されている。一方、大端部３０には、クランクピンを通すための貫通孔（「クランクピン孔」と呼ばれる。）３５が形成されている。

【0051】

以下の説明においては、ロッド本体部１０の延びる方向を「長手方向」と呼び（図１中の方向Ｘ）、ピストンピン孔２５およびクランクピン孔３５の中心軸の方向を「軸方向」と呼ぶ（図１中の方向Ｙ）。また、長手方向および軸方向に直交する方向を「幅方向」と呼ぶ（図１中の方向Ｚ）。

【0052】

大端部３０は、ロッド本体部１０の他端に連続するロッド部３３と、ロッド部３３に結合されるキャップ部３４とに分割されている。つまり、コンロッド１は、分割型のコンロッドである。分割型のコンロッド１は、例えば、破断工法によって形成される。破断工法は、大端部３０を一体に形成した後に、脆性破断によってロッド部３３とキャップ部３４とに分割する手法である。また、分割型のコンロッド１は、他の工法により形成されてもよく、具体的には、ロッド部３３とキャップ部３４とを別体に形成したり、あるいは、大端部３０を一体に形成した後に機械加工によって切断したりしてもよい。

【0053】

コンロッド１は、キャップ部３４をロッド部３３に結合するボルト４０をさらに備える。ボルト４０は、大端部３０に形成されたボルト孔３２にねじ込まれる。

【0054】

図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に、小端部２０の内周面２０ｉ近傍、大端部３０の内周面３０ｉ近傍およびスラスト面３０ｔ近傍の断面構造をそれぞれ示す。コンロッド１は、図２（ａ）に示すように、小端部２０の内周面２０ｉに形成された窒化クロム（ＣｒＮ）層５０を備える。また、窒化クロム層５０は、図２（ｂ）に示すように、大端部３０の内周面３０ｉにも形成されている。さらに、窒化クロム層５０は、図２（ｃ）に示すように、大端部３０のスラスト面３０ｔにも形成されている。

【0055】

上述したように、本発明の実施形態によるコンロッド１では、小端部２０の内周面２０ｉに窒化クロム層５０が形成されているので、小端部２０の（より具体的には小端部２０の内周面２０ｉの）耐焼き付き性を向上させることができる。従って、本発明の実施形態によるコンロッド１では、小端部２０の内周面２０ｉとピストンピンとの間にブッシュを配置する必要がない。そのため、ブッシュを省略することができ、製造コストの低減を図ることができる。さらに、酸化処理のような高温での加熱も必要ないので、歪みに起因する焼き付きや摩耗を防止できる。

【0056】

また、本実施形態のように、窒化クロム層５０が大端部３０の内周面３０ｉにも形成されていると、大端部３０の内周面３０ｉの耐フレッティング性を向上させることができる。大端部３０におけるフレッティングは、大端部３０の内周面３０ｉが軸受けメタル（大端部３０の内周面３０ｉとクランクピンとの間に配置される）と接触することにより発生し得る表面損傷である。

【0057】

さらに、本実施形態のように、窒化クロム層５０が大端部３０のスラスト面３０ｔにも形成されていると、スラスト面３０ｔ（クランクアームに摺接する面である）の耐焼き付き性を向上させることができる。

【0058】

ここで、図３を参照しながら、小端部２０の内周面２０ｉにおける窒化クロム層５０の好ましい厚さ分布を説明する。図３は、小端部２０を拡大して示す図であり、わかりやすさのために窒化クロム層５０の厚さを誇張して示している。

【0059】

図３に示す例では、小端部２０の内周面２０ｉに形成された窒化クロム層５０は、コンロッド１の長手方向Ｘにおいて相対的に厚く、コンロッド１の幅方向Ｚにおいて相対的に薄い厚さ分布を有する。つまり、小端部２０の内周面２０ｉと、ピストンピン孔２５の中心軸を含み、且つ、長手方向Ｘに平行な面（仮想的な面）との交わる領域（図３中の第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２）における窒化クロム層５０の厚さ（以下では「長手方向厚さ」とも呼ぶ。）が、小端部２０の内周面２０ｉと、ピストンピン孔２５の中心軸を含み、且つ、幅方向Ｚに平行な面（仮想的な面）との交わる領域（図３中の第３領域Ｒ３および第４領域Ｒ４）における窒化クロム層５０の厚さ（以下では「幅方向厚さ」とも呼ぶ。）よりも大きい。このような厚さ分布を窒化クロム層５０が有していると、小端部２０の内周面２０ｉとピストンピンとの間に潤滑油を入れ易くなるので、焼き付き（かじり）をより確実に防止することができる。

【0060】

なお、窒化クロム層５０の形成方法によっては、窒化クロム層５０は、コンロッド１の軸方向Ｙについても厚さ分布を有する（つまり軸方向Ｚに沿って厚さが変化する）ことがある。例えば、後述するアークイオンプレーティング法（ＰＶＤ法の一種である）により窒化クロム層５０を形成すると、図４に示すように、軸方向Ｙにおける中央（図４中の点Ｐ１）での窒化クロム層５０の厚さよりも、軸方向Ｙにおける一側端および他側端、つまり、ピストンピン孔２５の開口端（図４中の点Ｐ２およびＰ３）での窒化クロム層５０の厚さが大きくなる。軸方向Ｙにおける中央（点Ｐ１）で比較した場合、小端部２０の内周面２０ｉにおける窒化クロム層５０の幅方向厚さは、長手方向厚さの２０％以上１００％未満であることが好ましい。

【0061】

また、窒化クロム層５０は、大端部３０の内周面３０ｉにおいても、図４に示したような厚さ分布を有し得る。つまり、窒化クロム層５０の形成方法によっては、軸方向Ｙにおける中央での窒化クロム層５０の厚さよりも、軸方向Ｙにおける一側端および他側端、つまり、クランクピン孔３５の開口端での窒化クロム層５０の厚さを大きくすることができる。窒化クロム層５０が、大端部３０の内周面３０ｉにおいてこのような厚さ分布を有していると、大端部３０の内周面３０ｉと軸受けメタルとの密着性が向上し、軸受けメタルの供回りを防止することができる。

【0062】

続いて、本発明の実施形態によるコンロッド１の製造方法を説明する。

【0063】

コンロッド１は、ロッド本体部１０、小端部２０および大端部３０を備えたコンロッド１をチタン合金から形成する工程（コンロッド形成工程）（ａ）と、少なくとも小端部２０の内周面２０ｉに窒化クロム層５０を形成する工程（ＣｒＮ層形成工程）（ｂ）とを包含する製造方法により製造され得る。

【0064】

コンロッド形成工程（ａ）において用いられるチタン合金としては、既に説明したＴｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ合金を好適に用いることができる。また、他の種々の組成のチタン合金を用いてもよい。

【0065】

ＣｒＮ層形成工程（ｂ）における窒化クロム層５０の形成は、例えばアークイオンプレーティング法により行うことができる。また、アークイオンプレーティング法以外のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法を用いてもよい。アークイオンプレーティング法は、原料のイオン化率が高く、密着性に優れた膜（層）を形成できる点で優れている。

【0066】

既に説明したことからわかるように、ＣｒＮ層形成工程（ｂ）において、窒化クロム層５０が、大端部３０の内周面３０ｉにも形成されることが好ましい。窒化クロム層５０を大端部３０の内周面３０ｉに形成することにより、大端部３０の内周面３０ｉの耐フレッティング性を向上させることができる。

【0067】

窒化クロム層５０を大端部３０の内周面３０ｉにも形成する場合には、コンロッド形成工程（ａ）は、大端部３０の内周面３０ｉに対して切削加工（ファインボーリング）を行うことによって、大端部３０の内周面３０ｉの十点平均粗さＲｚを６．３μｍ以下にする工程（ファインボーリング工程）（ｃ）を含むことが好ましい。大端部３０の内周面３０ｉの十点平均粗さＲｚが上記範囲内にある状態で窒化クロム層５０を形成することにより、摩擦係数を適切な範囲とすることができるので、軸受けメタルの供回りを防止することができる。また、表面硬度を高くして耐フレッティング性をいっそう高くすることができる。

【0068】

また、ＣｒＮ層形成工程（ｂ）において、窒化クロム層５０が、大端部３０のスラスト面３０ｔにも形成されることが好ましい。窒化クロム層５０を大端部３０のスラスト面３０ｔにも形成することにより、スラスト面３０ｔの耐焼き付き性を向上させることができる。

【0069】

さらに、ＣｒＮ層形成工程（ｂ）において、窒化クロム層５０は、コンロッド１の長手方向Ｘにおいて相対的に厚く、コンロッド１の幅方向Ｚにおいて相対的に薄い厚さ分布を有するように、小端部２０の内周面２０ｉに形成されることが好ましい。窒化クロム層５０にこのような厚さ分布を持たせることにより、小端部２０の内周面２０ｉとピストンピンとの間に潤滑油を入れ易くなり、焼き付き（かじり）をより確実に防止することができる。

【0070】

ここで、図５を参照しながら、窒化クロム層５０に上述したような厚さ分布を持たせることができる窒化クロム層５０の形成方法の例を説明する。図５には、アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）を用いる場合の例を示している。

【0071】

図５に示す例では、コンロッド１に対して長手方向Ｘに沿って所定の距離離れた位置に設けられたターゲットＴＧから正イオンｐｉがコンロッド１に向けて放出される。このとき、コンロッド１は、幅方向Ｚに平行な軸を中心として回転している。そのため、窒化クロムは、長手方向Ｘにおいて堆積しやすく、幅方向Ｚにおいて堆積しにくい。従って、小端部２０の内周面２０ｉにおける窒化クロム層５０は、長手方向厚さが相対的に大きく、幅方向厚さが相対的に小さくなる。

【0072】

図６に、図５に示した方法によって実際に窒化クロム層５０を形成したときの、窒化クロム層５０の長手方向厚さ（第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２における厚さ）および幅方向厚さ（第３領域Ｒ３および第４領域Ｒ４における厚さ）を示す。図６は、横軸に軸方向Ｙにおける位置をとり、縦軸に厚さをとったグラフである。

【0073】

図６から、小端部２０の内周面２０ｉにおいて、窒化クロム層５０の長手方向厚さが幅方向厚さよりも大きいことがわかる。また、図６から、ピストンピン孔２５の中央での厚さよりも、開口端における厚さの方が大きいこともわかる。

【0074】

コンロッド形成工程（ａ）は、チタン合金を鍛造により成形する工程（鍛造工程）（ｄ）を含んでいてもよい。チタン合金を鍛造により成形することにより、機械的性質に優れたコンロッド１が得られる。

【0075】

また、コンロッド形成工程（ａ）は、鍛造工程（ｄ）後に焼鈍処理を行う工程（焼鈍工程）（ｅ）を含んでいてもよい。焼鈍処理を行うことにより、鍛造工程（ｄ）において生じた残留応力（寸法精度に悪影響を及ぼす残留応力）を取り除くことができる。焼鈍処理は、例えば、７００℃〜８００℃で６０分〜９０分間行われる。

【0076】

また、コンロッド形成工程（ａ）は、鍛造工程（ｄ）後に、チタン合金の表面に生成したαケースをショットピーニングにより除去する工程（ショットピーニング工程）（ｆ）を含んでいてもよい。αケースは、加工性や延性、疲労特性などに悪影響を及ぼす酸素濃化層であるので、ショットピーニング工程（ｆ）によって除去することが好ましい。また、ショットピーニングにより、コンロッド１に残留応力を付与してコンロッド１の強度を向上させることができる。

【0077】

ＣｒＮ層形成工程（ｂ）は、コンロッド１の表面の一部が鍛造肌のままの状態で実行されてもよい。

【0078】

また、ＣｒＮ層形成工程（ｂ）において、コンロッド１の表面全体に窒化クロム層５０が形成されてもよいし、コンロッド１の表面のうち、窒化クロム層５０の形成が不要な箇所には窒化クロム層５０が形成されなくてもよい。例えば、ＣｒＮ層形成工程（ｂ）が、キャップ部３４がボルト４０によってロッド部３３に結合された状態で実行されると、ボルト４０によって座面およびねじ面をマスキングすることができる。

【0079】

上述したように、本発明の実施形態によるコンロッド１では、小端部２０の耐焼き付き性を好適に向上させることができる。本発明の実施形態によるコンロッド１は、自動車両用や機械用の各種の内燃機関（エンジン）に広く用いられる。図７に、本実施形態の製造方法により製造されたコンロッド１を備えたエンジン１００の一例を示す。

【0080】

エンジン１００は、クランクケース１１０、シリンダブロック１２０およびシリンダヘッド１３０を有している。

【0081】

クランクケース１１０内にはクランクシャフト１１１が収容されている。クランクシャフト１１１は、クランクピン１１２およびクランクアーム１１３を有している。

【0082】

クランクケース１１０の上に、シリンダブロック１２０が設けられている。ピストン１２２は、シリンダボア内を往復し得るように設けられている。

【0083】

シリンダブロック１２０の上に、シリンダヘッド１３０が設けられている。シリンダヘッド１３０は、シリンダブロック１２０およびピストン１２２とともに燃焼室１３１を形成する。シリンダヘッド１３０は、吸気ポート１３２および排気ポート１３３を有している。吸気ポート１３２内には燃焼室１３１内に混合気を供給するための吸気弁１３４が設けられており、排気ポート内には燃焼室１３１内の排気を行うための排気弁１３５が設けられている。

【0084】

ピストン１２２とクランクシャフト１１１とは、コンロッド１によって連結されている。具体的には、小端部２０のピストンピン孔２５にピストン１２２のピストンピン１２３が挿入されているとともに、大端部３０のクランクピン孔３５にクランクシャフト１１１のクランクピン１１２が挿入されており、そのことによってピストン１２２とクランクシャフト１１１とが連結されている。小端部２０の内周面２０ｉとピストンピン１２３との間には、ブッシュは設けられていない。大端部３０の内周面３０ｉとクランクピン１１２との間には、軸受けメタル１１４が設けられている。

【0085】

ピストンピン１２３は、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有することが好ましい。ピストンピン１２３が表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有していることによって、低フリクション化が可能となり、エンジン１００の性能向上および燃費向上を図ることができる。

【0086】

図８に、図７に示したエンジン１００を備えた自動二輪車を示す。図８に示す自動二輪車では、本体フレーム３０１の前端にヘッドパイプ３０２が設けられている。ヘッドパイプ３０２には、フロントフォーク３０３が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク３０３の下端には、前輪３０４が回転可能なように支持されている。

【0087】

本体フレーム３０１の後端上部から後方に延びるようにシートレール３０６が取り付けられている。本体フレーム３０１上に燃料タンク３０７が設けられており、シートレール３０６上にメインシート３０８ａおよびタンデムシート３０８ｂが設けられている。

【0088】

また、本体フレーム３０１の後端に、後方へ延びるリアアーム３０９が取り付けられている。リアアーム３０９の後端に後輪３１０が回転可能なように支持されている。

【0089】

本体フレーム３０１の中央部には、図３０に示したエンジン１００が保持されている。エンジン１００には、本実施形態におけるコンロッド１が用いられている。エンジン１００の前方には、ラジエータ３１１が設けられている。エンジン１００の排気ポートには排気管３１２が接続されており、排気管３１２の後端にマフラー３１３が取り付けられている。

【0090】

エンジン１００には変速機３１５が連結されている。変速機３１５の出力軸３１６に駆動スプロケット３１７が取り付けられている。駆動スプロケット３１７は、チェーン３１８を介して後輪３１０の後輪スプロケット３１９に連結されている。変速機３１５およびチェーン３１８は、エンジン１００により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。

【0091】

なお、上記の説明では、大端部３０がロッド部３３およびキャップ部３４に分割されている分割型のコンロッド１を例示したが、本発明による実施形態は、分割型のコンロッドに限定されるものではなく、一体型のコンロッドにも好適に用いられる。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本発明の実施形態によると、チタン合金製のコンロッドにおける小端部の耐焼き付き性を好適に向上させることができる。本発明の実施形態によるコンロッドは、各種の内燃機関（例えば自動車両用のエンジン）に広く用いられる。

【符号の説明】

【0093】

１ コンロッド
１０ ロッド本体部
２０ 小端部
２０ｉ 小端部の内周面
２５ ピストンピン孔
３０ 大端部
３０ｉ 大端部の内周面
３０ｔ 大端部のスラスト面
３２ ボルト孔
３３ ロッド部
３４ キャップ部
３５ クランクピン孔
４０ ボルト
５０ 窒化クロム層
１００ エンジン
１２３ ピストンピン

【要約】

【課題】チタン合金製のコンロッドにおける小端部の耐焼き付き性を好適に向上させることにある。
【解決手段】コンロッド（１）は、チタン合金から形成され、ロッド本体部（１０）と、ロッド本体部の一端に設けられた小端部（２０）と、ロッド本体部の他端に設けられた大端部（３０）とを備える。コンロッドは、少なくとも小端部の内周面（２０ｉ）に形成された窒化クロム層（５０）をさらに備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】